Kreditna slika: Univerza v Arizoni
Pred več kot 30 leti je doktor Roger Angel prišel na univerzo v Arizoni, ki so ga pritegnile ugodne razmere za astronomsko opazovanje na območju Tucson v Arizoni: več teleskopov je priročno v bližini, seveda pa je vreme čudovito zmerno. Toda zdaj Angel predlaga, da se na telesu postavi teleskop na nekoliko bolj oddaljeni in ne ravno tako blagi: polarni krater na Luni.
Angel, znan po svojih inovacijah v lahkih teleskopskih ogledalih in prilagodljivi optiki, zdaj vodi skupino znanstvenikov iz ZDA in Kanade, ki raziskujejo izvedljivost gradnje infrardečega opazovalnika z globokim poljem v bližini enega od lunarnih polov s pomočjo tekočega zrcalnega teleskopa (LMT ).
Ta koncept je eden od 12 predlogov, ki so oktobra oktobra začeli prejemati sredstva od Nasinega inštituta za napredne koncepte (NIAC). Vsak dobi 75.000 dolarjev za šestmesečno raziskovanje za začetne študije in prepoznavanje izzivov v razvoju. Projekti, ki bodo uspeli skozi prvo fazo, so v dveh letih upravičeni do kar 400.000 USD.
LMT nastanejo z vrtenjem odsevne tekočine, običajno živega srebra, na ploščadi v obliki sklede, da tvorijo parabolično površino, kot nalašč za astronomsko optiko. Isaac Newton je prvotno predlagal teorijo, vendar je bila tehnologija za uspešno ustvarjanje take naprave šele pred kratkim razvita. Danes se uporablja le nekaj LMT-jev, vključno s 6-metrskim LMT-om v Vancouvru v Kanadi in 3-metrsko različico, ki jo NASA uporablja za svoj Orbital Observatory Orbital In New Mexico.
Na Zemlji so LMT v velikosti omejene na približno 6 metrov, ker samo nastali veter, ki prihaja iz vrtenja teleskopa, moti površino. Kot druge teleskope na Zemlji so tudi LMT podvrženi absorpciji in izkrivljanju atmosfere, kar močno zmanjšuje doseg in občutljivost infrardečega opazovanja. Toda luna brez ozračja, pravi Angel, ponuja popolno lokacijo za tovrstni teleskop, hkrati pa zagotavlja gravitacijo, potrebno za oblikovanje paraboličnega zrcala.
Potencial LMT na Luni je izdelati zelo velik teleskop. Za referenco ima vesoljski teleskop Hubble 2,4-metrsko ogledalo, vesoljski teleskop James Webb (JWST), ki je bil razvit za predstavitev leta 2011, pa bo imel 6-metrsko ogledalo. Ideja Angelovega predloga NIAC je 20-metrsko ogledalo, toda pri raziskavah, ki jih je doslej opravila skupina, zdaj razmišljajo o ustvarjanju zelo velikih ogledal, pri čemer je 100 metrov velika možnost. Razmišljajo tudi o manjših LMT. "Očitno ne moremo iti na Luno in si najprej naredimo sto metrov ogledala," je dejal Angel. "Gledamo zaporedje velikosti 2 metra, 20 metrov in 100 metrov in preučujemo, kakšen je potencial za vsakega." Angel verjame, da bi bil 2-metrski teleskop lahko narejen brez človeške prisotnosti na Luni in postavljen kot robotski teleskop, podobno kot zdaj delujejo znanstveni instrumenti na Marsovih roverjih.
Omejitev tekočega ogledala je, da kaže le naravnost navzgor, tako da ni podoben standardnemu teleskopu, ki ga je mogoče usmeriti v katero koli smer in slediti predmetom na nebu. Gleda samo območje neba, ki je neposredno nad glavo.
Torej, znanstveni cilj LMT je ne gledati skozi celotno nebo, temveč zavzeti eno območje prostora in ga intenzivno gledati. Ta vrsta astronomije je bila zelo »dobičkonosna«, kot jo je opisal Angel, v smislu bogastva informacij, ki so bile zbrane. Nekatera najbolj produktivna znanstvena prizadevanja s Hubblovega vesoljskega teleskopa so bile fotografije "Deep Field".
Če si lahko ves čas ogledamo samo eno območje prostora, Angel in njegova ekipa poiščejo enega od lunarnih polov za najboljšo lokacijo tega teleskopa. Tako kot na Zemljinih polih gledanje naravnost s pol na Luni vedno zagotavlja enako ekstragalaktično vidno polje. "Če gremo na severni ali južni pol Lune, bomo ves čas slikali en delček neba, kar vam omogoča izjemno globoko integracijo, tudi globlje od globljega polja Hubble." Združite to z veliko odprtino in ta teleskop bi omogočil globino opazovanja, ki bi bila neprimerljiva s katerim koli teleskopom na Zemlji ali v vesolju. "To je niša ali posebna moč tega teleskopa," je dejal Angel.
Druga stran tekočih ogledal je, da so v primerjavi s postopkom izdelave običajnega ogledala zelo poceni z ustvarjanjem, poliranjem in preizkušanjem velikega togega kozarca ali izdelave manjših kosov, ki jih je treba polirati, preizkusiti in nato zelo dobro povezati. natančno. Prav tako LMT ne potrebujejo dragih nosilcev, nosilcev, sistemov za sledenje ali kupole.
"Pričakuje se, da bodo skupni stroški James Webb teleskopa presegli milijardo dolarjev, cena na ogledalu pa samo približno četrt milijona dolarjev," je dejal Angel. "To ogledalo je 6 metrov, tako da če uvrstimo to tehnologijo v še večja ogledala v vesolju, bomo sčasoma zlomili banko in si jih s sedanjo tehnologijo izdelave poliranega ogledala ne bomo mogli privoščiti. dvig v vesolje. "
Čeprav bi bil 2-metrski teleskop prototip, bi bil vseeno astronomsko dragocen. "Lahko bi naredili stvari, ki bi bile ugodne za vesoljski teleskop Spitzer in Webb teleskop, saj bi dvolitrski teleskop na Luni napolnil ozemlje med tema teleskopoma." 20-metrsko zrcalo bi nudilo ločljivost 3-krat večjo od JWST in z vključevanjem ali puščanjem zaklopa dolgo časa, kot na primer leto, je bilo mogoče videti predmete, ki so 100-krat slabši. 100-metrsko zrcalo bi dalo podatke, ki niso v lestvici.
Eden od izzivov pri razvoju LMT na Luni je ustvariti ležaje, da se ploščad lahko gladko in s konstantno hitrostjo vrti. Zračni ležaji se uporabljajo za LMT na Zemlji, vendar na Luni ni zraka, to je nemogoče. Angel in njegova ekipa si ogledajo kriogenske levitacijske ležaje, podobne tistim, ki jih uporabljajo vlaki za magnetno levitacijo, da z magnetnim poljem dosežejo gibanje brez trenja. Angel je dodal: "Kot bonus lahko pri nizkih temperaturah na Luni to storite brez porabe energije, ker lahko naredite superprevodni magnet, ki vam omogoča izdelavo levitacijskega ležaja, ki ne zahteva stalnega vnosa električne energije. ”
Angel je ležaje označil za kritično sestavino teleskopa. "Če na Luni ni zraka za ustvarjanje vetra, ni omejitve velikosti ali doseganja natančnosti, ki jo potrebujete, dokler je ležaj v redu," je dejal Angel.
Evolucija projekta od prejema financiranja NIAC je lokacija teleskopa. V prvotnem predlogu se je Anđelova ekipa zavzela za južni pol Lune v kraterju Shackleton. Toda severni pol dejansko ponuja boljše vidno polje za ekstragalaktično opazovanje, Angel pa čaka na podatke lunarne orbite SMART-1 Evropske vesoljske agencije, ki je pred kratkim začela s pregledovanjem polarnih območij Lune.
"V polarnih regijah je nekaj kraterjev, kjer sonce nikoli ne osvetli in nikoli ne segreva tal," je dejal Angel. "Tam je izjemno hladno, ne preveč daleč nad absolutno ničlo. Namesto, da bi teleskop gradil v tako sovražnih razmerah, bi poskušal teleskop zgraditi na vrhu katerega koli od polov, kjer bi bilo sonce skoraj neprestano. To bi zagotovilo sončno energijo in pogoji bi bili boljši za ljudi, ki tam živijo. Vse, kar morate storiti, je, da okoli teleskopa postavite cilindrični Mylar zaslon, da sonce ne bi kdaj prizadelo in se bo ohladilo tako kot na dnu kraterjev. "
Z infrardečim opazovanjem je hladen teleskop ključnega pomena, da lahko v prostoru vidimo hladnejše in šibkejše predmete. Idealno bi bilo imeti teleskop pri skoraj absolutni ničli (0 stopinj Kelvina, -273 C, -460 F). Ker bo živo srebro pri teh temperaturah zmrznilo, je še en izziv za projekt iskanje prave tekočine, ki se lahko zavrti za ogledalo. Nekateri kandidati so etan, metan in drugi majhni ogljikovodiki, kot tekočine, ki jih je na Titanu našla sonda Huygens, ki je 14. januarja pristala na največji luni Saturna.
"Toda te tekočine niso sijoče, zato morate ugotoviti, kako na sijočo kovino, kot je aluminij, nanesti neposredno na površino tekočine," je dejal Angel. "Običajno, ko izdelamo astronomski teleskop, si ogledala naredimo iz stekla, ki se ne odražajo veliko, nato pa steklo uparite na steklo. Na Luni bi morali kovino izhlapeti na tekočino in ne na kozarec. "
To je eno od ključnih področij raziskovanja v okviru nagrade NIAC. V začetnih študijah je Angeljevi ekipi uspelo izhlapevati kovino na tekočino, čeprav še ne pri potrebnih hladnih temperaturah. Vendar pa jih dosedanji rezultati spodbujajo.
Angelova ekipa ni značilna za projekt NIAC, saj gre za mednarodno sodelovanje in NIAC ne financira mednarodnih partnerjev. "Dogaja se, da so svetovni strokovnjaki za izdelavo vrtečih se tekočih zrcalnih teleskopov vsi v Kanadi, zato je bilo nujno, da če razmišljamo, da bi to počeli na Luni, da bi jih pripeljali," je dejal Angel. "Na srečo so prišli na lastno vozovnico in tako rekoč navdušeni nad projektom."
Kanadski člani ekipe so Emanno Borra z univerze Laval v Quebecu, ki raziskuje in gradi LMT že od zgodnjih osemdesetih let prejšnjega stoletja, in Paul Hickson z univerze British Columbia, ki je z Borrajevo pomočjo zgradil 6-metrski LMT v Vancouver. Drugi sodelavci so Ki Ma z univerze v Teksasu v Houstonu, ki je strokovnjak za kriogene ležaje, Warren Davison z univerze v Arizoni, ki je strokovnjak za strojništvo v teleskopih, in podiplomski študent Suresh Sivanandam.
NIAC je bil ustanovljen leta 1998 za nagovarjanje revolucionarnih konceptov ljudi in organizacij zunaj vesoljske agencije, ki bi lahko napredovale pri Nasini misiji. Zmagovalni koncepti so izbrani zato, ker "potiskajo meje znane znanosti in tehnologije" in "pokažejo pomembnost za NASA-ino misijo", poroča NASA. Pričakuje se, da bodo ti koncepti potrebovali vsaj desetletje.
Angel pravi, da je prejem nagrade NIAC odlična priložnost. "Nedvomno bomo napisali predlog za fazo II (financiranja NIAC)," je dejal. "V prvi fazi smo ugotovili, katera so najbolj kritična vprašanja v tem projektu in katere praktične korake bi morali zdaj storiti. Odprli smo nekaj vprašanj in lahko opravimo nekaj preprostih testov, da ugotovimo, ali obstajajo zamaški ali ne. "
Največja ovira pri uresničitvi Lunarnega infrardečega observatorija je najverjetneje popolnoma iz rok Angela. "Luna je zelo zanimivo mesto za poučevanje," je dejal Angel. "Kljub temu napoveduje, da se bo NASA resno zavezala za vrnitev na Luno." Zagotovo bi za izgradnjo velikih 20 ali 100 metrov teleskopov morala biti prisotna posadka na Luni. "Torej," je nadaljeval Angel, "s tem, ko se dotaknete znanosti v tej smeri, postanete rep zelo velikega psa, nad katerim nimate popolnoma nobenega nadzora"?
Angel upa, da lahko NASA in ZDA ohranijo zagon Vizije za raziskovanje vesolja in se vrnejo na Luno. "Mislim, da je končno preselitev v vesolje nekaj, kar ljudje potrebujejo in bodo počeli nekoč," je dejal Angel. "Ko se to zgodi, je pomembno, da imamo zanimive stvari, ki jih lahko naredimo, ko pridemo tja. Vedeti moramo, zakaj smo pustili površino tega planeta, da smo šli na Luno. Raziskujemo, da, vendar lahko raziskujemo ne le luno, ampak jo uporabljamo kot prostor za znanstvene raziskave onkraj lune. Mislim, da bi se moralo na širši sliki nekaj zgoditi. "
Nancy Atkinson je samostojna pisateljica in NASA-jeva ambasadorka za sončni sistem. Živi v Illinoisu.
